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RÉSUMÉ
Le procédé d’extrusion de film à plat de polymère ou « cast film » est un procédé industriel complexe, principalement utilisé dans le domaine de l’emballage (alimentaire, produits techniques), permettant de fabriquer des films sophistiqués d’épaisseur de quelques dizaines de micromètres. Ce procédé permet même de combiner plusieurs matériaux polymères en films multicouches. Le procédé d’extrusion du film monocouche, quant à lui, aboutit à d’excellentes propriétés optiques et dimensionnelles, avec des grandes vitesses de production.
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David SILAGY : Ingénieur Arts & Métiers, Docteur en Sciences et Génie des Matériaux de l’École Nationale Supérieure des Mines de Paris Chef du Service des Technologies de Transformation des Thermoplastiques d’ARKEMA, CERDATO
INTRODUCTION
Le procédé d’extrusion de film à plat de polymère, couramment dénommé « cast film » ou « film casting » est avec le soufflage de gaine, l’un des procédés permettant de fabriquer des films (d’épaisseur variant de 10 à 300 µm). On préférera l’extrusion de film à plat dans le cas où le polymère est peu visqueux et se prête mal à des opérations de soufflage de gaine (cas des polyamides), dans le cas où le produit doit être couché sur un substrat (polyéthylène basse densité ou haute densité, polypropylène, polyéthylène téréphtalate), dans le cas où le film est destiné à être biétiré (cas du polypropylène ou polyéthylène téréphtalate). Au cours des dernières années, les exigences du marché du film ont conduit à des développements intensifs dans la technologie d’extrusion de film à plat, ce qui débouche sur un procédé de production mature pour la fabrication de films de haute précision dimensionnelle à partir d’un très large panel de matériaux polymères.
Les films produits par extrusion à plat sont principalement utilisés dans le marché de l’emballage. Il peut s’agir d’emballage alimentaire ou d’emballage de produits techniques, marchés qui tous les deux conduisent au développement de films sophistiqués, à très haute technicité, soit par le nombre de matériaux associés, soit par les épaisseurs relatives des couches obtenues. Ainsi, la coextrusion est une technique de plus en plus rencontrée dans le procédé d’extrusion de film à plat, avec des systèmes allant de façon exceptionnelle jusqu’à 11 couches, mais restant généralement limités à 5 couches.
Cet article se limite essentiellement au procédé d’extrusion du film monocouche. Le procédé d’extrusion de film plat est réputé pour permettre d’obtenir d’excellentes propriétés optiques et dimensionnelles. Le refroidissement par le biais d’un rouleau thermostaté permet d’atteindre de grandes vitesses de production (plusieurs centaines de mètres par minute) et influence significativement les morphologies obtenues dans le film.
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7. Exploitation de la modélisation
7.1 Optimisation de la géométrie
7.1.1 Influence sur le neck-in
Le neck-in ou rétrécissement latéral du polymère au cours de l’étirage dépend essentiellement de deux facteurs : le rapport d’aspect du procédé et le niveau de viscoélasticité du polymère fondu au cours de l’étirage.
Dans un procédé fixé (géométrie, donc rapport d’aspect et taux d’étirage fixés), la figure 29 illustre l’évolution de la largeur le long de l’axe d’étirage pour des polymères de niveaux de viscoélasticité différents. On peut y voir que plus le polymère présente un niveau de viscoélasticité élevé, c’est-à-dire un temps de relaxation grand, moins le rétrécissement latéral sera important. C’est effectivement le cas avec les PEBD qui présentent un phénomène de neck-in modéré, alors que les PEBDL présentent un phénomène de neck-in extrêmement prononcé.
Pour un polymère donné, le paramètre contrôlant l’évolution du rétrécissement latéral du polymère est au premier ordre le rapport d’aspect. Comme on peut le voir sur les figures 30 b et c , plus la hauteur d’étirage sera grande devant la largeur de la filière (A élevé), plus le phénomène sera prononcé (largeur finale faible). Il est également intéressant de constater sur la figure 30 a qu’aux faibles valeurs du taux d’étirage Dr, on retrouve l’effet du nombre de Déborah, De, sur la largeur finale du film qui augmente lorsque De augmente. Cet effet a tendance à s’atténuer aux valeurs de taux d’étirage plus élevées.
Dans une moindre mesure, le rétrécissement latéral est infuencé par l’intensité de l’étirage que le polymère subit. La figure 31 montre que la largeur finale évolue de façon non monotone avec le taux d’étirage. On peut observer trois...
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BIBLIOGRAPHIE
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1 Constructeurs de machines (liste non exhaustive)
Axon Plastics Machinery AB
Battenfeld Gloucester Europe Ltd
Berstorff GmbH
Black Clawson Converting Machinery LLC
Brückner Maschinenbau GmbH
Collin Dr, GmbH
Davis Standard France
Dolci Extrusion SpA
Ghioldi SpA
Kuhne, GmbH
Macchi SpA
Macro Engineering and Technology Inc
Marshall and Williams Company – Plastics Machinery Division
Primplast SRL
Reifenhäuser GmbH
SML Extrusion Technology
Wayne Machine & Die Company
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SOLLOGOUB (C.) - Étude du procédé d’extrusion couchage de films polymères sur tôle d’acier. - École nationale supérieure des mines (2003).
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